Засоренный поток в регулирующих клапанах

Засорение потока — это плохо изученное явление, которое может повлиять на размер регулирующего клапана, а также на характеристики отделки и материала. Эта статья была первоначально опубликована в июльско-августовском номере InTech.

Засорение потока в регулирующих клапанах является предметом серьезного беспокойства для промышленных пользователей. Этот термин обычно ассоциируется с разрушительными технологическими условиями, которые могут повредить внутренние детали клапана или подвергнуть операторов воздействию шума, значительно превышающего пределы OSHA. Хотя закупоренное течение не всегда является причиной этих состояний, оно может указывать на то, когда они возникают. В этой статье описывается явление закупоренного потока и показано, почему оно возникает и как его можно спрогнозировать. В нем также объясняется, когда условия закупоривания потока наносят ущерб и как можно уменьшить или избежать этого ущерба.

Если давление на входе (P1) и проходное сечение клапана фиксированы, расход через клапан обычно увеличивается по мере уменьшения давления на выходе (P2). «Идеальная» линия на рисунке 1 иллюстрирует эту точку, показывая, как поток жидкости возрастает линейно, если его отобразить в зависимости от квадратного корня из перепада давления на клапане, деленного на удельный вес.

В жидкостных приложениях дросселирование является результатом снижения давления через элементы управления. На рисунке 2 показано мгновенное давление при движении жидкости через регулирующий клапан. Площади поперечного сечения клапана на входе и выходе намного больше, чем зона управления, например клетка или область вокруг плунжера и седла. Поскольку общий поток в любом месте клапана одинаков, скорость жидкости в сокращенной области (контрактная вена) должна быть намного выше, чтобы пройти тот же поток.

Засоренный поток сам по себе обычно не повреждает клапан, но существуют условия потока, обычно связанные с дросселированным потоком, которые могут создавать проблемы, в том числе:Уровни шума: Зауженный поток непосредственно не создает шума, но высокий уровень шума может быть результатом технологических явлений, обычно связанных с зажатым потоком. В жидкостных системах при дросселировании потока может присутствовать кавитация, которая создает шум и в конечном итоге может повредить клапан. При снижении давления на выходе кавитация переходит в испарение. Хотя кавитация может иметь высокий уровень звукового давления из-за взрыва схлопывающихся пузырьков пара из-за микроструй и ударных волн, при мигании будет снижен шум из-за возникающего двухфазного потока. В потоке пара шум значительно возрастет, поскольку скорость становится звуковой. Поскольку давление на выходе снижается, дополнительная энергия преобразуется в звуковую энергию. Клапаны с чрезмерным перепадом давления могут создавать уровень шума более 100 дБ. При потоках жидкости или пара общий уровень шума обычно связан с перепадом давления на клапане. При первом появлении удушья шум будет присутствовать, но не может быть чрезмерным. По мере падения давления на выходе резко возрастает шум, который может повредить внутренние детали клапана и подвергнуть операторов воздействию небезопасного уровня шума.Мигание и кавитация: Распространенным заблуждением является то, что для условий закупоренного потока необходимы условия мгновенного испарения, но закупоренный поток может возникать и в условиях кавитации. Как показано на рисунке 2, кавитация возникает, когда давление P2 поднимается выше давления паров жидкости. Когда это происходит, пузырьки схлопываются и снова превращаются в жидкость. Если давление P2 остается ниже давления пара, жидкость будет кипеть и превращаться в пар при прохождении через клапан, а на выходе останется паром (рис. 3).

Многие производители клапанов имеют программы определения размеров регулирующих клапанов, которые могут прогнозировать условия дросселирования потока и помочь пользователям правильно подобрать размер клапана. Однако точность этих программ зависит от точности входных данных, поэтому необходимо вводить правильную информацию о процессе и клапане. Наличие и степень дросселирования потока зависит от многих условий процесса, включая физические свойства задействованной жидкости, скорости потока, входные параметры и т. д. и давление на выходе, температуру процесса, конфигурации впускных и выпускных трубопроводов, а также ряд деталей, связанных с самим регулирующим клапаном. Специальные параметры, такие как коэффициент падения давления, коэффициент восстановления давления и индекс кавитации, помогают точно предсказать, когда произойдет кавитация или дросселирование, а также какой поток пропустит клапан. Поскольку параметры для каждого типа корпуса и трима различны, каждый вариант необходимо оценивать индивидуально, чтобы определить фактический расход, который можно безопасно пропустить при определенном наборе условий процесса. Такие расчеты размеров могут усложниться, особенно когда доступны несколько вариантов трима. , поэтому разумно проконсультироваться с поставщиком клапана, чтобы помочь оценить варианты и определить лучшее решение для вашего применения.